Tornalama takımlarına nano grafen ve karbon nanotüp katkılı epoksi kullanılarak yapıştırılmış kesici ucun performansının incelenmesi

Abstract

Kaynak, lehim, perçin, cıvata gibi çeşitli yöntemler endüstriyel alanlardaki yapısal elemanların birleştirilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak yapıştırma yöntemi, geleneksel birleştirme yöntemlerine önemli bir alternatif oluşturmakta ve sağladığı avantajlardan dolayı endüstriyel uygulamalarda yer almaktadır. İşlem hızı, uygulama kolaylığı, düşük maliyet, düşük gerilim konsantrasyonu ve çeşitli malzemelere uygulanabilirliği yapıştırma bağlantıların avantajlarına örnek olarak verilebilir. Yapıştırma bağlantıların dayanımları, yapıştırma işlem parametreleri, yapıştırılan malzemelerin çeşitleri gibi faktörlere bağlı olmalarına rağmen, bağlantı dayanımını belirleyen en önemli faktör, yapıştırıcının dayanımıdır. Yapıştırıcıların dayanımını arttırmak, günümüze kadar pek çok araştırmanın konusu olmuştur. Günümüzde de yapıştırıcıların mekanik dayanımlarını arttırmak için çalışmalar devam etmektedir. Yapıştırıcıların mekanik dayanımlarını arttırmak için uygulanan yöntemlerden birisi de, yapıştırıcı içerisine dayanımı yüksek çeşitli tozlar ilave etmektir. Bu çalışmada, sıcaklıkla kürlenen tek bileşenli epoksi yapıştırıcı içerisine, dayanımı yüksek olan nano grafen ve çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNT) parçacıklar katılarak nanokompozit yapıştırıcılar üretilmiştir. Yapıştırıcı içerisine katılan nano parçacıkların ergime sıcaklıkları, yapıştırıcının kürleme sıcaklığından daha yüksek olduğu için nano parçacıkların yapısında bir bozulma olmamıştır. Bu nanokompozit yapıştırıcılar, çelik-çelik ve çelik-sert metal (Tungsten Karbür) tek katlı bindirme bağlantıların oluşturulmasında kullanılmıştır. Küçük miktarda nano parçacık ilave edilerek hazırlanan nanokompozit yapıştırıcılarla hazırlanan numunelerin bağlantı dayanımları, yalın epoksi yapıştırıcı ile hazırlanan numunelerin dayanımından daha yüksek çıkmıştır. Talaşlı şekillendirmede, kesici uçların takım tutucusuna tutturulmasında genellikle mekanik sıkma ve sert lehimleme yöntemleri kullanılmaktadır. Bu yöntemlere alternatif olarak yapıştırma yöntemiyle tutturulmuş kesici uçlarla işlenen iş parçalarının daha iyi yüzey kalitesi sunduğu bilinmektedir. Ancak; yapıştırma bağlantıların dayanımları sınırlıdır. Bu sebeple, bu çalışmada, yalın epoksi yapıştırıcıya göre daha üstün mekanik özelliklere sahip olan nanokompozit yapıştırıcılar, kesici uçların takım tutucuya tutturulmasında kullanılmıştır. Mekanik sıkma yöntemi, yalın epoksi yapıştırıcı veya MWCNT parçacık takviyeli ve nano grafen parçacık takviyeli nanokompozit yapıştırıcılar kullanılarak takım tutucuya tutturulmuş kesici uçlar kullanılarak AISI 1040 çeliğin silindirik tornalamasında oluşan kesme kuvvetleri, sıcaklık ve iş parçası yüzey pürüzlülük değerleri ölçülmüş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Yapıştırılmış kesici uç kullanıldığı durumda ölçülen kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülük değerleri, yapıştırıcı tabakanın sönümleme özelliğinden dolayı C tipi mekanik sıkma yöntemi ile tutturulmuş kesici uçların kullanıldığı durumda ölçülen değerlere göre daha az çıkmıştır. Ancak sıcaklıklar, yapıştırma tabakasının ısıl iletkenliğinin az olması nedeniyle yapıştırılmış kesici uçlarda mekanik sıkmalı kesici uçlara göre daha yüksek ölçülmüştür. Yalın epoksi yapıştırıcı içerisine katılan nano parçacıklar, epoksinin viskozitesinin artmasına ve sönümleme özelliğinin azalmasına neden olduğundan kesme kuvvetlerini ve yüzey pürüzlülüklerini bir miktar arttırmıştır. Ayrıca yüksek ısı iletkenliğine sahip nano parçacıklar, yalın epoksi yapıştırıcının ısı iletkenliğini arttırarak nanokompozit yapıştırıcılar ile takım tutucuya tutturulmuş kesici uçlarda ölçülen sıcaklıkların azalmasını sağlamışlardır. Takviye malzemesi olarak kullanılan nano parçacıklar arasında karşılaştırma yapıldığında ise, yapıştırılan yüzeylere daha iyi tutunan ve matris içerisinde daha homojen bir dağılım sağlayan nano grafen parçacıklar, MWCNT parçacıklara göre daha iyi sonuçlar vermiştir. Yapıştırma yönteminin mekanik sıkmaya göre maliyetinin daha yüksek olduğu görülmüştür. Kesici ucun takım tutucuya yapıştırma yöntemiyle tutturulması nedeniyle oluşan maliyet incelemesinde, nano kompozit yapıştırıcının yalın yapıştırıcıya göre maliyeti bir miktar daha arttırdığı belirlenmiştir. Ancak; hassas parçaların bitirme işlemlerinde, kesici ucu yapıştırılmış takımların kullanılmasının, ilave maliyetine rağmen tercih edilebileceği görülmüştür.